热交换部件、使用了该热交换部件的热交换器以及该热交换部件的制造方法与流程

1.本发明涉及热交换部件、使用了该热交换部件的热交换器、以及该热交换部件的制造方法。


背景技术：

2.近年来，要求改善汽车的耗油量。特别是，为了防止在启动发动机等时发动机还处于冷温时的耗油量恶化，期待有一种下述这样的系统：使冷却水、发动机油、atf(自动变速器油：automatic transmission fluid)等尽快变暖而减少摩擦(friction)损失的系统。另外，还期待有一种对催化剂进行加热以使得尾气净化用催化剂尽快活化的系统。
3.上述系统中，例如对使用热交换器进行了探讨。热交换器是包括热交换部件的装置，该热交换部件构成为：使第一流体在内部流通，并且，使第二流体在外部流通，由此进行第一流体与第二流体的热交换。上述热交换器中，例如通过从高温的第一流体(例如尾气)向低温的第二流体(例如冷却水)进行热交换，能够有效利用热。作为从像汽车尾气这样的高温气体中回收热的热交换器，近年来，开发出如下的热交换器，该热交换器构成为：将具有柱状蜂窝结构体的热交换部件收纳于框架(壳体)内，使第一流体流通于蜂窝结构体的隔室内，并使第二流体在壳体内流通于热交换部件的外周面上。作为具有蜂窝结构体的热交换部件，提出了如下的热交换体，该热交换体具有柱状蜂窝结构体，该柱状蜂窝结构体在与第一流体的流路方向(隔室延伸的方向)垂直的截面中，具有从中心部趋向外周部沿着辐射方向延伸的第一隔壁、以及沿着周向延伸的第二隔壁(专利文献1)。另外，提出了一种热交换部件，该热交换部件具有中空型(甜甜圈型)的柱状蜂窝结构体，该柱状蜂窝结构体具备作为尾气的旁通路路径发挥作用的中空区域(专利文献2)。虽说具有上述柱状蜂窝结构体的热交换部件非常有用，不过，还在继续要求进一步提高热交换性能。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特许第6075381号
7.专利文献2：国际公开第2017/069265号


技术实现要素：

8.本发明的主要目的在于，提供一种具有优异的热交换性能的热交换部件。本发明的另一目的在于，提供一种使用了该热交换部件的热交换器及该热交换部件的制造方法。
9.本发明的实施方式的热交换部件具备：蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有隔壁和外周壁，该隔壁规定出隔室，该隔室从第一端面延伸至第二端面而形成第一流体的流路；以及被覆部件，该被覆部件将该蜂窝结构体的该外周壁被覆。该隔壁及该外周壁含有陶瓷作为主成分，该外周壁表面的由jis b 0601：2013规定的rpc为55pks/cm以上。
10.1个实施方式中，上述被覆部件的内周面的rpc为45pks/cm以上。
11.1个实施方式中，上述外周壁的表面的由jis b 0601：2013规定的最大截面高度rt为75μm以下。
12.1个实施方式中，上述隔壁及上述外周壁由含有碳化硅作为主成分的陶瓷构成。
13.1个实施方式中，上述蜂窝结构体在与上述第一流体的流路方向垂直的方向上的整个截面具有上述隔室。另一实施方式中，上述蜂窝结构体在与上述第一流体的流路方向垂直的方向上的截面的中心部具有中空区域。
14.根据本发明的另一方面，提供一种热交换器。该热交换器具备：上述热交换部件；以及外筒，该外筒与该热交换部件分离地设置于该热交换部件的外侧，在该外筒与该热交换部件的上述被覆部件之间形成有第二流体的流路。
15.根据本发明的再一方案，提供一种上述热交换部件的制造方法。该制造方法包括：使用粒度号90以上且直径20mm以上的磨石，并以圆周速度3.0m/秒以上对上述外周壁表面进行切削加工。
16.发明效果
17.根据本发明的实施方式，能够实现具有优异的热交换性能的热交换部件。
附图说明
18.图1是本发明的1个实施方式的热交换部件的与第一流体的流路方向平行的方向上的剖视简图。
19.图2是本发明的1个实施方式的热交换部件的与第一流体的流路方向正交的方向上的剖视简图(图1的ii－ii线处的剖视简图)。
20.图3是本发明的另一实施方式的热交换部件的与第一流体的流路方向正交的方向上的剖视简图。
21.图4是本发明的1个实施方式的热交换器的与第一流体的流路方向正交的方向上的剖视简图。
具体实施方式
22.以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明，不过，本发明不限定于这些实施方式。
23.a.热交换部件
24.a－1.热交换部件的整体构成
25.图1是本发明的1个实施方式的热交换部件的与第一流体的流路方向平行的方向上的剖视简图；图2是图1的热交换部件的ii－ii线处的剖视简图。图示例的热交换部件100具备：蜂窝结构体10，其具有隔壁16和外周壁18，该隔壁16规定出隔室14，该隔室14从第一端面12a延伸至第二端面12b而形成第一流体的流路；以及被覆部件20，其将蜂窝结构体10的外周壁18被覆。隔壁16及外周壁18含有陶瓷作为主成分。
26.本发明的实施方式中，外周壁表面(外周壁的外周面)18a的由jis b0601：2013规定的rpc为55pks/cm以上，优选为75pks/cm以上，更优选为80pks/cm以上，进一步优选为90pks/cm以上。rpc的上限可以为例如115pks/cm。通过外周壁表面的rpc为这样的范围，则能够实现优异的热交换性能。可推测：这样的效果可以如下所述来实现。不过，这只不过是
推测，并不约束本发明的实施方式的作用效果及机制。rpc为表面粗糙度的指标之一，表示基准范围中存在的峰的数量。通过如上所述将rpc设为规定值以上，使得蜂窝结构体10的外周壁表面18a与被覆部件20的内周面20a之间的可靠的接触点增多。通过该接触点增多，使得从外周壁朝向被覆部件的热传递提高，从而能够得到热交换性能所有提高的热交换部件。此外，如后所述，本发明的实施方式中，具有代表性地，最大截面高度rt及算术平均粗糙度ra均为规定值以下。即，虽然蜂窝结构体的外周壁表面的峰的数量较多，但是没有突出高的峰，且外周壁表面的整体性状并没有那么粗糙。结果，蜂窝结构体10的外周壁表面18a和被覆部件20的内周面20a不仅借助大量接触点而可靠地接触，并且，整体的(即、表面整体彼此的)接触也变多。因此，根据本发明的实施方式，蜂窝结构体(的外周壁表面)与被覆部件(的内周面)的热传递得以提高，结果，能够得到具有优异的热交换性能的热交换部件。
27.被覆部件20的内周面20a的rpc优选为45pks/cm以上，更优选为80pks/cm以上，进一步优选为120pks/cm以上。rpc的上限可以为例如150pks/cm。如果被覆部件的内周面的rpc为这样的范围，则通过与将外周壁表面的rpc设为上述范围所带来的效果之间的协同作用，能够实现更加优异的热交换性能。
28.外周壁表面18a的由jis b 0601：2013规定的最大截面高度(峰高度的最大值与谷深度的最大值之和)rt优选为75μm以下，更优选为55μm以下，进一步优选为45μm以下。rt的下限没有特别限定，例如可以为10μm。如果外周壁表面的rt为这样的范围，则通过与将外周壁表面的rpc设为上述范围所带来的协同作用，能够实现更加优异的热交换性能。可进行如下推测(不过，与rpc的情形同样地，并不约束本发明的实施方式的作用效果及机制)。最大截面高度过高的情况下，因为这样的最大高度，有时即便rpc(即、峰的数量)为规定值以上，接触点的数量也会减少。因此，通过使最大截面高度为规定值以下，能够确保将rpc设为规定值以上所带来的可靠的接触点的数量。此外，能够确保蜂窝结构体的外周壁表面与被覆部件的内周面之间的整体性的接触。应予说明，可以利用后述的b项中记载的制造方法，来制作出具有同时满足上述rt和上述rpc的外周壁表面的蜂窝结构体。
29.外周壁表面18a的由jis b 0601：2013规定的算术平均粗糙度ra优选为9.5μm以下，更优选为7.5μm以下，进一步优选为4.5μm以下。ra的下限没有特别限定，例如可以为0.5μm。如果外周壁表面的ra为这样的范围，则通过与将外周壁表面的rpc及rt设为上述范围所带来的效果的协同作用，能够实现更加优异的热交换性能。即，在由峰形成的蜂窝结构体的外周壁表面与被覆部件的内周面之间的可靠的接触点较多的状态下，还能够使整体性的(即、表面整体彼此的)接触增多。结果，能够使蜂窝结构体(的外周壁表面)与被覆部件(的内周面)的热传递提高。
30.以下，对构成热交换部件的蜂窝结构体及被覆部件进行说明。
31.a－2.蜂窝结构体
32.如图1及图2所示，蜂窝结构体10具有隔壁16和外周壁18，该隔壁16规定出隔室14，该隔室14从第一端面12a延伸至第二端面12b而形成第一流体的流路。热交换部件100中，第一流体在蜂窝结构体10的隔室14内流通，第二流体在被覆部件20的外侧流通时(后述)，经由蜂窝结构体10的外周壁18及被覆部件20而进行第一流体与第二流体之间的热交换。应予说明，图1中，第一流体可以向纸面的左右任一方向流动。作为第一流体，可以举出适合目的的任意适当的液体或气体。例如，搭载于汽车的热交换器使用热交换部件100的情况下，第
一流体优选为尾气。
33.作为蜂窝结构体10的与第一流体的流路方向正交的方向上的截面形状，只要第一流体在隔室14内从第一端面12a流通至第二端面12b即可，可以采用任意适当的形状。作为具体例，可以举出：圆形、椭圆形、四边形或其他多边形。1个实施方式中，蜂窝结构体10可以为圆柱状，其截面为圆形。
34.隔室14在与第一流体的流路方向正交的方向上具有任意适当的截面形状。图示例中，第一隔壁16a和第二隔壁16b相互正交，除了与外周壁18接触的部分以外，规定出截面形状为四边形(正方形)的隔室14。隔室14的截面形状除了正方形以外，可以为三角形、五边形、六边形以上的多边形等形状。另一实施方式(未图示)中，隔室可以通过自与第一流体的流路方向正交的方向上的截面的中心沿着辐射方向延伸的第一隔壁、和沿着周向延伸的第二隔壁进行规定。对于隔室的截面形状及尺寸(除了与外周壁接触的部分)，可以全部相同，也可以至少一部分不同。
35.隔壁16的厚度可以根据目的适当设定。隔壁16的厚度为例如0.1mm～1.0mm，另外，例如可以为0.2mm～0.6mm。如果隔壁的厚度为这样的范围，则能够使蜂窝结构体的机械强度充分，且能够使开口面积(截面中的隔室的总面积)充分。
36.隔壁16的密度可以根据目的适当设定。隔壁16的密度可以为例如0.5g/cm3～5.0g/cm3。如果隔壁的密度为这样的范围，则能够使蜂窝结构体(结果为热交换部件)轻量化，且能够使机械强度及热传导率充分。可以利用例如阿基米德法来测定密度。
37.1个实施方式中，外周壁18的厚度大于隔壁16的厚度。如果是这样的构成，则能够抑制由外力(例如：来自外部的冲击、由第一流体与第二流体的温度差所带来的热应力)导致的外周壁破坏(例如：裂纹、开裂)。将热交换部件用于一般的热交换用途的情况下，外周壁18的厚度为例如0.3mm～10mm，另外，可以为例如0.5mm～5mm。将热交换部件用于蓄热用途的情况下，通过使外周壁的厚度为例如10mm以上，能够使热容量增大。
38.如上所述，隔壁16及外周壁18含有陶瓷作为主成分。本说明书中“含有陶瓷作为主成分”是指：陶瓷在隔壁16及外周壁18的全部质量中所占据的质量比率为50质量％以上。
39.隔壁16及外周壁18的气孔率优选为10％以下，更优选为5％以下，进一步优选为3％以下。气孔率可以为例如0％。如果隔壁及外周壁的气孔率为这样的范围，能够使蜂窝结构体的热传导率提高。
40.隔壁16及外周壁18优选由含有碳化硅作为主成分的陶瓷构成。隔壁16及外周壁18可以按例如相对于全部质量而言为50质量％以上的比例含有碳化硅。
41.作为碳化硅的具体例，可以举出：sic、si含浸sic、(si+al)含浸sic、金属复合sic、重结晶sic、si3n4。优选为si含浸sic、(si+al)含浸sic。这是因为廉价且热传导率高。应予说明，本说明书中，例如“sic”这一记载不仅仅是纯粹的sic，还包括含有不可避免的杂质的sic。
42.图2的截面中的隔室密度(即、每单位面积的隔室14的数量)可以根据目的适当设定。隔室密度可以为例如4隔室/cm2～320隔室/cm2。如果隔室密度为这样的范围，则能够充分确保蜂窝结构体的强度及有效gsa(几何学表面积)，并且，能够抑制第一流体流动时的压力损失。
43.对于蜂窝结构体10，如图2所示，可以在与第一流体的流路方向垂直的方向上的整
个截面具有隔室14；如图3所示，也可以在该截面的中心部具有中空区域19。蜂窝结构体具有中空区域的情况下，中空区域可以作为第一流体的旁通路发挥作用。如果是这样的构成，则能够实现可兼具有热回收性能和隔热性能的热交换部件(结果为热交换器)。蜂窝结构体具有中空区域的情况下，蜂窝结构体具有：外周壁18、内周壁17以及隔壁16，该隔壁16配设在外周壁18与内周壁17之间，并区划形成多个隔室14，该隔室14从第一端面12a延伸至第二端面12b而形成第一流体的流路。蜂窝结构体具有中空区域的情况下，作为中空区域的形状，可以采用任意适当的形状。作为具体例，可以举出：圆形、椭圆形、四边形或其他多边形。中空区域的形状可以与蜂窝结构体的形状相同，也可以不同。优选为，中空区域的形状如图3所示与蜂窝结构体的形状相同。如果是这样的构成，则能够针对来自外部的冲击、由第一流体与第二流体的温度差所带来的热应力等而得到良好的耐久性。另外，与第一流体的流路方向正交的截面中的内周壁的直径优选为1mm～100mm，更优选为2mm～70mm。内周壁的截面形状并非圆形的情况下，将与内周壁的截面形状内切的最大内切圆的直径设为内周壁的直径。应予说明，内周壁的构成如上述针对外周壁及隔壁进行的说明的那样，内周壁的厚度可以与外周壁的厚度相同。
44.蜂窝结构体的等静压强度优选为5mpa以上，更优选为10mpa以上，进一步优选为100mpa以上。如果是这样的构成，则能够制成耐久性优异的蜂窝结构体。可以依据社团法人汽车技术会发行的汽车标准、即jaso标准m505－87来测定等静压强度。
45.图2的截面中的蜂窝结构体的直径可以根据目的适当设定。蜂窝结构体的直径可以为例如20mm～200mm，另外，可以为例如30mm～100mm。如果蜂窝结构体的直径为这样的范围，则能够使热回收效率提高。应予说明，蜂窝结构体的截面形状并非圆形的情况下，可以将与蜂窝结构体的截面形状(例如多边形)内切的最大内切圆的直径设为蜂窝结构体的直径。
46.蜂窝结构体的长度可以根据目的适当设定。蜂窝结构体的长度可以为例如3mm～200mm，另外，可以为例如5mm～100mm，另外，可以为例如10mm～50mm。
47.蜂窝结构体的于25℃的热传导率优选为50w/(m
·
k)以上，更优选为100w/(m
·
k)～300w/(m
·
k)，进一步优选为120w/(m
·
k)～300w/(m
·
k)。如果热传导率为这样的范围，则热传导性良好，能够使蜂窝结构体内的(实质上为第一流体的)热效率良好地向外部(例如第二流体)传递。应予说明，可以利用jis r 1611－1997(激光闪光法)来测定热传导率。
48.作为第一流体使尾气向隔室14流动的情况下，可以在隔壁16担载有催化剂。通过使催化剂担载于隔壁16，能够使尾气中的co、no
x
、烃等通过催化反应而变为无害的物质，并且，还能够将催化反应时产生的反应热用于热交换。催化剂可以含有例如贵金属(例如：铂、铑、钯、钌、铟、银、金)、铝、镍、锆、钛、铈、钴、锰、锌、铜、锡、铁、铌、镁、镧、钐、铋、钡或它们的组合。这些元素可以以金属单质、金属氧化物或除此以外的金属化合物的形式包含在其中。
49.a－3.被覆部件
50.作为被覆部件20，只要能够将蜂窝结构体10的外周壁18被覆即可，可以采用任意适当的构成。作为被覆部件20，例如可以使用嵌合于蜂窝结构体10的外周壁18而将蜂窝结构体10的外周壁18环绕被覆的管状部件。本说明书中“嵌合”是指：蜂窝结构体和被覆部件以相互嵌装配合的状态进行固定。因此，对于“嵌合”这一术语，在蜂窝结构体与被覆部件的嵌合中，不仅包含利用间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌装配合来进行固定的状态，还包
含利用钎焊、焊接、扩散接合等来进行固定的状态。
51.被覆部件20可以具有与蜂窝结构体10的外周壁18相对应的内表面形状。通过被覆部件20的内周面与蜂窝结构体10的外周壁18直接接触、且使蜂窝结构体的外周壁表面和/或被覆部件的内周面的rpc为上述a－1项中记载那样的范围，使得热传递性非常好，能够将蜂窝结构体内的(实质上为第一流体的)热非常有效地向被覆部件传递。
52.相对于蜂窝结构体10的外周壁18的全部面积而言，由被覆部件20环绕被覆的蜂窝结构体20的外周壁18的部分的面积比例越高，越理想。如果是这样的构成，则能够提高热回收效率。该面积比例优选为80％以上，更优选为90％以上，进一步优选为100％(即、蜂窝结构体10的外周壁18全部由被覆部件20环绕被覆)。应予说明，此处所称的“外周壁18的面积”是指：与第一流体的流路方向平行的方向上的面积，不包含第一端面及第二端面处的面积。
53.被覆部件20优选由金属制成。如果是这样的构成，则制造效率优异，且制作热交换器(后述)时，容易安装(例如焊接)于外筒(壳体)。作为构成被覆部件的材料，例如可以举出：不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜。其中，根据耐久可靠性高且廉价的理由，优选为不锈钢。
54.被覆部件20的厚度可以为例如0.1mm～10mm，另外，可以为例如0.3mm～5mm，另外，可以为例如0.5mm～3mm。如果被覆部件的厚度为这样的范围，则耐久可靠性与热传导性的平衡能够优异。
55.被覆部件20的长度可以根据目的、蜂窝结构体10的长度等来适当设定。被覆部件的长度可以为例如5mm～250mm，另外，可以为例如10mm～150mm，另外，可以为例如20mm～100mm。优选为，被覆部件20的长度大于蜂窝结构体10的长度。这种情况下，蜂窝结构体能够配置于被覆部件的中央部(即使得蜂窝结构体不会从被覆部件露出)。
56.b.热交换部件的制造方法
57.本发明的实施方式的热交换部件的制造方法包括：使用粒度号100以上且直径20mm以上的磨石，以圆周速度6.0m/秒以上，来对蜂窝结构体(实质上为其前驱体)的外周壁表面进行切削加工。根据这样的制造方法，能够在蜂窝结构体10形成具有上述a－1项中记载的rpc的外周壁表面18a。根据需要，可以对被覆部件的内周面进一步进行切削加工。据此，能够形成具有上述a－1项中记载的rpc的内周面20a。
58.通过将磨石的粒度号、直径及圆周速度适当组合进行调整，能够调整rpc。例如，磨石的直径及粒度号较小的情况下，通过使转速增大，能够形成出具有期望的rpc的外周壁表面18a。另外，例如，如果使磨石的直径增大，能够以较小的粒度号及转速形成出具有期望的rpc的外周壁表面18a。
59.更详细而言，磨石的粒度号为例如90～140、以及磨石的直径为例如20mm～100mm而优选为20mm～60mm的情况下，磨石的转速优选为3000rpm以上，更优选为4000rpm～7000rpm。这种情况下，磨石的周速为例如3m/s～15m/s。磨石的粒度号为例如100以上而优选为120以上、以及磨石的直径为例如150mm以上而优选为200mm～400mm的情况下，磨石的转速优选为3000rpm以下，更优选为1200rpm～2000rpm。这种情况下，磨石的周速为例如20m/s～35m/s。无论何种情形，磨石的切入量均为例如0.1mm～0.4mm。
60.优选为，一边使作为切削加工对象的工件(实质上为蜂窝结构体的前驱体)旋转，一边利用磨石进行切削加工。工件的旋转速度为例如100rpm～500rpm，优选为150rpm～
300rpm。
61.应予说明，可以利用以下方法来制作蜂窝结构体。首先，将包含陶瓷粉末的坯土挤出成型为期望的形状，制作出蜂窝成型体。作为蜂窝成型体的形成材料，可以使用上述a－2项中记载的陶瓷。例如，制作以si含浸sic复合材料为主成分的蜂窝结构体的情况下，在规定量的sic粉末中加入粘合剂和水或有机溶剂，得到混合物，对该混合物进行混炼，制成坯土，进行成型，能够得到期望形状的蜂窝成型体。接下来，将得到的蜂窝成型体进行干燥，加工为规定的外形尺寸，得到蜂窝干燥体，在减压的非活性气体或真空中，进行烧成而将金属si含浸于蜂窝干燥体中，由此能够得到蜂窝结构体。磨石的切削加工可以在烧成前(干燥及尺寸加工后)进行，也可以在烧成后进行。
62.c.热交换器
63.图4是本发明的1个实施方式的热交换器的与第一流体的流路方向正交的方向上的剖视简图。图示例的热交换器200具备：图1及图2所示的热交换部件100；以及外筒(壳体)120，其与热交换部件分离地设置于热交换部件100的外侧，在外筒(壳体)120与热交换部件100的被覆部件20之间形成有第二流体的流路140。应予说明，图示例中使用了图1及图2所示的热交换部件100，不过，作为热交换部件，可以使用上述a项及b项中记载的本发明的实施方式的任意适当的热交换部件。例如，可以使用图3所示的热交换部件102。
64.对于外筒120，代表性地，筒状部121将被覆部件20环绕被覆，优选将热交换部件100整体环绕被覆。外筒120具有：第二流体的入口122、将入口122和筒状部121连结的入口导管123、第二流体的出口124、以及将出口124和筒状部121连结的出口导管125。第二流体从入口122流入，经过入口导管123而向流路140流动。接下来，第二流体以在流路140中流动的状态，而与流通于热交换部件100的隔室14的第一流体之间进行热交换，经过出口导管125而从出口124流出。作为第二流体，可以举出符合目的的任意适当的流体。例如，热交换器搭载于汽车的情况下，第二流体优选为水或防冻液(jis k 2234：2006中规定的llc)。第二流体的温度优选低于第一流体的温度。这是因为：热交换部件100的被覆部件20于低温不膨胀，蜂窝结构体10于高温膨胀，由此两者的嵌合变得牢固。
65.优选为，第一流体的流路方向上的两个端部处的被覆部件20的外周面呈环绕状与外筒120的内表面密接。如果是这样的构成，则能够防止第二流体向外部泄漏。利用任意适当的手段进行该密接。作为具体例，可以举出：焊接、扩散接合、钎焊、机械紧固。优选为焊接。这是因为：耐久可靠性较高，还能够实现结构强度的改善。
66.外筒120优选由金属制成。如果是这样的构成，则制造效率及热传导性均能够优异。作为构成外筒的材料，例如可以举出：不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜。其中，根据耐久可靠性较高且廉价的理由，优选为不锈钢。
67.外筒120的厚度为例如0.1mm～10mm，另外，例如为0.5mm～5mm，另外，例如为1mm～3mm。如果外筒的厚度为这样的范围，则耐久可靠性与成本、体积及重量之间的平衡呈现优异。
68.外筒120可以为一体成型品，也可以为由2个以上的部件形成的接合部件。如果是接合部件，则能够提高外筒的设计自由度。
69.实施例
70.以下，通过实施例而对本发明具体地进行说明，不过，本发明并不受这些实施例的
限定。实施例中的评价项目如下。
71.(1)rpc、ra及rt
72.使用表面粗糙度测定机(taylor-hobson公司制，产品名“form talysurf s5k”)，对实施例及比较例中制作的蜂窝结构体的外周壁表面的rpc、rt及ra分别进行测定。以n＝2进行测定，将平均值设为rpc、ra及rt。
73.(2)热交换试验
74.利用以下方法，对实施例及比较例中得到的热交换器进行热交换试验。使400℃(＝tg1)的空气(第一流体)以流量10g/秒(mg)流通于蜂窝结构体。另一方面，从入口以流量10l/分(mw)供给40℃(＝tg2)的冷却水(第二流体)，并从出口回收热交换后的冷却水。相对于热交换器而言使空气及冷却水刚通过5分钟后，对热交换器的入口处的冷却水的温度(tw1)及出口处的冷却水的温度(tw2)进行测定，求出热回收量q。以n＝2进行测定，将平均值设为热回收效率。
75.此处，以下式表示由冷却水回收的热量q。
76.q(kw)＝δtw(k)
×
cpw(j/(kg
·
k))
×
pw(kg/m3)
×
mw(l/分)
÷
(60
×
106)
77.式中，δtw＝tw2－tw1，cpw(水的比热)＝4182j/(kg
·
k)，pw(水的密度)＝997kg/m3。
78.另外，以下式表示热交换器的热回收效率η。
79.η(％)＝q/{(tg1－tw1)
×
cpg
×
mg}
×
100
80.式中，cpg(空气的比热)＝1050j/(kg
·
k)。
81.＜实施例1＞
82.1.蜂窝结构体的制作
83.将包含sic粉末的坯土挤出为最终呈图3所示的截面形状，然后，使其干燥，加工成规定的外形尺寸，得到蜂窝干燥体。采用机械加工中心，对得到的蜂窝干燥体的外周壁表面进行切削加工。机械加工中心的磨石的粒度号为90，直径为20mm，转速为3000rpm，周速为3.1m/s，切入量为0.2mm。将外周壁表面经过切削加工的蜂窝成型体进行si含浸烧成，由此制作出圆柱状的蜂窝结构体。得到的蜂窝结构体的外周壁表面的rpc为55.4pks/cm，ra为9.12μm，rt为73.5μm。应予说明，蜂窝结构体为如下的所谓甜甜圈状，即，外周壁的直径为75mm，内周壁的直径为57mm，隔室延伸的方向上的长度为33mm，在图3所示的蜂窝结构体的与轴向(隔室延伸的方向)正交的截面的中心部具有中空区域。蜂窝结构体的与轴向(隔室延伸的方向)正交的截面中的隔室形状为四边形。蜂窝结构体的隔室密度为57隔室/cm2，隔壁的厚度为0.3mm，外周壁及内周壁的厚度为1.5mm。
84.2.热交换部件的制作
85.作为被覆部件，使用了不锈钢制的管状部件。将上述得到的蜂窝结构体插入至已加热膨胀的管状部件的内部中央，然后，使其冷却收缩，由此通过将蜂窝结构体固定于被覆部件内的热压配合，使被覆部件的内周面嵌合于蜂窝结构体的外周面，制作出热交换部件。被覆部件的内周面的rpc为130pks/cm。
86.3.热交换器的制作
87.通过模具成型，成型得到图4所示的具有筒状部、入口、将入口和筒状部连结的入口导管、出口、以及将出口和筒状部连结的出口导管的不锈钢制的筒状壳体(外筒)。将上述
得到的热交换部件插入于外筒内部，利用焊接将热交换部件固定于外筒内，将热交换部件整体进行了环绕被覆。利用焊接使蜂窝结构体的轴向(隔室延伸的方向)上的两个端部处的外周侧面呈环绕状地与外筒的内侧面密接。由此，制作出了热交换器。将得到的热交换器进行上述(2)的评价。将结果示于表1。
88.＜实施例2～4及比较例1～2＞
89.以表1所示的条件，对蜂窝成型体的外周壁表面进行切削加工，除此以外，与实施例1同样地制作出了外周壁表面具有表1所示的rpc、ra及rt的蜂窝结构体。除了使用该蜂窝结构体以外，与实施例1同样地制作出了热交换部件及热交换器。将得到的热交换器进行与实施例1同样的评价。将结果示于表1。
90.＜实施例5＞
91.使用圆筒磨削盘代替机械加工中心，以表1所示的条件，对蜂窝干燥体的外周壁表面进行切削加工，并且，在切削加工时，使蜂窝干燥体以300rpm进行旋转，除此以外，与实施例1同样地制作出了外周壁表面具有表1所示的rpc、ra及rt的蜂窝结构体。除了使用该蜂窝结构体以外，与实施例1同样地制作出了热交换部件及热交换器。将得到的热交换器进行与实施例1同样的评价。将结果示于表1。
92.＜实施例6＞
93.将包含sic粉末的坯土挤出为与实施例1同样的形状，然后，使其干燥，加工成规定的外形尺寸后，进行si含浸烧成，由此得到蜂窝烧成体。使用圆筒磨削盘，对得到的蜂窝烧成体的外周壁表面进行了切削加工。圆筒磨削盘的磨石的粒度号为170，直径为350mm，转速为1800rpm，周速为33m/s，切入量为0.2mm。另外，在切削加工时，使蜂窝烧成体以150rpm旋转。这样得到的蜂窝结构体的外周壁表面的rpc为91.4pks/cm，ra为1.53μm，rt为32.7μm。由此制作出了圆柱状的蜂窝结构体。得到的蜂窝结构体的尺寸及形状与实施例1相同。除了使用该蜂窝结构体以外，与实施例1同样地制作出了热交换部件及热交换器。将得到的热交换器进行与实施例1同样的评价。将结果示于表1。
94.表1
[0095][0096]
由表1可知，本发明的实施例的热交换器与比较例相比，热回收效率明显增大。
[0097]
产业上的可利用性
[0098]
本发明的实施方式的热交换部件及热交换器分别用于在加热体(高温侧)与被加热体(低温侧)之间进行热交换的任意适当的用途，特别是，可以优先用于来自汽车尾气的热回收用途。
[0099]
符号说明
[0100]
10
ꢀꢀ
蜂窝结构体
[0101]
12a 第一端面
[0102]
12b 第二端面
[0103]
14
ꢀꢀ
隔室
[0104]
16
ꢀꢀ
隔壁
[0105]
17
ꢀꢀ
内周壁
[0106]
18
ꢀꢀ
外周壁
[0107]
20
ꢀꢀ
被覆部件
[0108]
100 热交换部件
[0109]
120 外筒
[0110]
140 第二流体的流路
[0111]
200 热交换器

技术特征：
1.一种热交换部件，其中，具备：蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有隔壁和外周壁，该隔壁规定出隔室，该隔室从第一端面延伸至第二端面而形成第一流体的流路；以及被覆部件，该被覆部件将该蜂窝结构体的该外周壁被覆，该隔壁及该外周壁含有陶瓷作为主成分，该外周壁表面的由jis b 0601：2013规定的rpc为55pks/cm以上。2.根据权利要求1所述的热交换部件，其中，所述被覆部件的内周面的rpc为45pks/cm以上。3.根据权利要求1或2所述的热交换部件，其中，所述外周壁的表面的由jis b 0601：2013规定的最大截面高度rt为75μm以下。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的热交换部件，其中，所述隔壁及所述外周壁由含有碳化硅作为主成分的陶瓷构成。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的热交换部件，其中，所述蜂窝结构体在与所述第一流体的流路方向垂直的方向上的整个截面具有所述隔室。6.根据权利要求1至4中的任一项所述的热交换部件，其中，所述蜂窝结构体在与所述第一流体的流路方向垂直的方向上的截面的中心部具有中空区域。7.一种热交换器，其中，具备：权利要求1至6中的任一项所述的热交换部件；以及外筒，该外筒与该热交换部件分离地设置于该热交换部件的外侧，在该外筒与该热交换部件的所述被覆部件之间形成有第二流体的流路。8.一种权利要求1至6中的任一项所述的热交换部件的制造方法，其中，包括：使用粒度号90以上且直径20mm以上的磨石，并以圆周速度3.0m/秒以上对所述外周壁表面进行切削加工。

技术总结
本发明提供一种热交换部件，其具有优异的热交换性能。本发明的实施方式的热交换部件具备：蜂窝结构体，其具有隔壁和外周壁，该隔壁规定出隔室，该隔室从第一端面延伸至第二端面而形成第一流体的流路；以及被覆部件，其将蜂窝结构体的外周壁被覆。隔壁及外周壁含有陶瓷作为主成分，外周壁表面的由JIS B 0601：2013规定的RPc为55pks/cm以上。定的RPc为55pks/cm以上。定的RPc为55pks/cm以上。


技术研发人员：久野修平 永本谕史
受保护的技术使用者：日本碍子株式会社
技术研发日：2021.12.23
技术公布日：2023/10/7